应用指南：日光辐射测量、光谱辐照度和光谱辐射率

应用指南

日光辐射测量: 光谱辐照度和光谱辐射率

在以下的科学领域中，日光辐射测量是非常重要的：

太阳能发电

太阳能发热

生物燃料的日光发酵

日光消毒

建筑暖通空调

气候研究

温室农业

辐射测量涉及电磁辐射的测量，首先要考虑的是辐射的光谱分布，以选择合适的探测器系统。另外一个重要的方面是辐射的空间分布，用来决定正确的光接收系统。

光谱辐照度

辐照度用来衡量某个与光源有特定距离的虚拟表面上的光通量密度（如mW/cm2）。测量必须包含各个方向各个角度上的光辐射。光谱辐照度是描述辐照度按波长分布的函数。

辐照度测量需要一个余弦接收器作为输入光路。其角响应应该只随着平行入射光线的入射角度的余弦值而变化。余弦接收器通常是一漫透射材料制作的半球状光学元件（图1）。

图1 BSR112E 350-1100微型光谱辐照度计

B&WTEK提供两种类型的适用于日光辐照度测量的余弦校正器。一种是采用积分球进行漫反射，积分球上的开口用来做余弦接收器（图2）。另外一种是聚四氟乙烯材料制作的透射型余弦校正器，可与积分球达到相同的宽光谱覆盖范围（图3）。

图2 适用于220-2500nm的 BIS1.5积分球

测量日光光谱辐照度

图4表示的是日光的辐照光谱图。海平面上的大部分日光辐射能量集中在300nm到2500nm的光谱区域。在太阳能领域中，由于要对地面上不同的区域所能接受到的辐射量进行监测，光谱辐照度的测量变得十分重要。

图4 日光辐照度光谱

B&WTEK i-Spec?系列产品有两个宽谱模块BWS005和BWS015，可用于日光辐照度的检测。其中BWS005覆盖光谱范围为400-2200nm。采用特殊设计的二分支光纤和余弦校正器，该光谱仪在进行校正后，可配合Bwspec软件用于直接测量日光辐照光谱。

图５ B&WTEK i-Spec光谱辐照度检测光谱仪

光谱辐照度检测光谱仪可采用校准灯进行校准，通常是1000W的钨卤素灯。余弦校正器被放置在离校准灯特定的距离，而校准灯则在特定电流下恒流工作。

图6 光谱的照度校正

日光光谱辐射率测量

辐照度是与光源特定距离表面上的光通量密度，而辐射率是用来测量扩展光源在单位立体角上发射的光通量密度。测量辐照度通常需要采用余弦校正器，而测量辐射率则需要一个朝向光源的透镜。

日光光谱辐射率的测量涉及从地面上对天穹中特定区域的观测。辐射率测量在全球各地气候研究中得到广泛应用。两个物体间（如天空和地球）的辐射传输是辐射率和反射率分布的函数。地面反射率可影响观测到的天空辐射率。

图7 测量日光辐射率

光谱辐射率的校正也是基于校准灯和标准反射体。受照物体的辐射率是校准灯的照度和反射体本身反射率的函数。配有双分支光纤和小视场（FOV）透镜组

的i-Spec 光谱仪，经过校正后即可在BWSpec软件中直接进行日光光谱辐射率的测量。

图8 光谱辐射率校准

实例数据

图9是采用图8中i-Spec BWS015系统在300-1700nm光谱范围内测到的天空辐射率数据。系统的视场（FOV）定向于正午有薄云的天空，检测位置在美国特拉华州，检测时间在4月，光谱辐射率的单位是mW/cm2/sr/nm。

图9 特拉华州4月正午的天空光谱辐射率

应用指南：日光辐射测量、光谱辐照度和光谱辐射率

应用指南日光辐射测量: 光谱辐照度和光谱辐射率在以下的科学领域中，日光辐射测量是非常重要的：太阳能发电太阳能发热生物燃料的日光发酵日光消毒建筑暖通空调气候研究温室农业辐射测量涉及电磁辐射的测量，首先要考虑的是辐射的光谱分布，以选择合适的探测器系统。另外一个重要的方面是辐射的空间分布，用来决定正确的光接收系统。光谱辐照度辐照度用来衡量某个与光源有特定距离的虚拟表面上的光通量密度（如mW/cm2）。测量必须包含各个方向各个角度上的光辐射。光谱辐照度是描述辐照度按波长分布的函数。辐照度测量需要一个余弦接收器作为输入光路。其角响应应该只随着平行入射光线的入射角度的余弦值而变化。余弦接收器通常是一漫透射材料制作的半球状光学元件（图1）。图1 BSR112E 350-1100微型光谱辐照度计 B&WTEK提供两种类型的适用于日光辐照度测量的余弦校正器。一种是采用积分球进行漫反射，积分球上的开口用来做余弦接收器（图2）。另外一种是聚四氟乙烯材料制作的透射型余弦校正器，可与积分球达到相同的宽光谱覆盖范围（图3）。

图2 适用于220-2500nm的 BIS1.5积分球测量日光光谱辐照度

图4表示的是日光的辐照光谱图。海平面上的大部分日光辐射能量集中在300nm到2500nm的光谱区域。在太阳能领域中，由于要对地面上不同的区域所能接受到的辐射量进行监测，光谱辐照度的测量变得十分重要。图4 日光辐照度光谱 B&WTEK i-Spec?系列产品有两个宽谱模块BWS005和BWS015，可用于日光辐照度的检测。其中BWS005覆盖光谱范围为400-2200nm。采用特殊设计的二分支光纤和余弦校正器，该光谱仪在进行校正后，可配合Bwspec软件用于直接测量日光辐照光谱。图５ B&WTEK i-Spec光谱辐照度检测光谱仪光谱辐照度检测光谱仪可采用校准灯进行校准，通常是1000W的钨卤素灯。余弦校正器被放置在离校准灯特定的距离，而校准灯则在特定电流下恒流工作。

分光辐射计原理与应用

分光辐射计的基础与原理分光光度法：测定物体反射的光谱功率分布或物体本身的反射光度特性，然后根据光谱测量数据可计算出物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值。分光光度法是测试物体色彩最精确方法，广泛用于科研与校正的颜色测试中。这种方法又可分为两种类型：光谱扫描；同时探测全波段光谱。 (1)光谱扫描法：利用分光色散系统对被测光谱进行机械扫描，逐点测出各个波长对应的辐射能量，由此达到光谱功率分布的测量。特点：精度很高，但测量速度较慢。(2) 同时探测全波段光谱法： (a) 多光路探测技术：多光路同时性只在红外波段实现，在可见光区只能部分实现。（比较少用）(b) 多通道探测技术：即平行探测法。优点：快速、高效，大大降低对测量对象和照明光源的时间稳定性要求，应用快速存取和分组处理，在时间分辨和光谱分辨两者之间实现有益的兼顾。目前，国际上作为产品真正用于自动配色的颜色测量系统都是采用多通道技术。Jeti 解决方案 Jeti 致力于提供经济、易用的光谱仪设备。Jeti 实际上使用同时探测全波段光谱法进行测试的，为客户提供快速，准确的光谱与亮度色度分析。右图是其设备内部结构图，内部集成一个光纤光谱仪。光线通过镜头耦合到光纤里，通过光纤传输到光谱仪，探测器对光进行光谱分析，最后把数据传输到电脑里面得到光谱、亮度与色度的各项参数。光谱扫描法

分光辐射计用途由于分光辐射计的高精度，高可重复性，高灵活性，可用于以下领域：同色异谱，分光辐射计的光谱检测能有效发挥其光谱辐射的优异性能。设备具有1.8°的视角。因为CIE1931规定的配色函数规定2°~4°。软件MoDiCal允许使用 10°的配色函数规范，基于CIE 170-1:2006以及 Schanda/ Csuty (2008)修正案，这些都可在测试中实现。电影院投影的检测与校正：电影院环境不一样，如屏幕反射率，安全灯光等影响。使用Jeti specbos系列产品能准确检测出投影屏幕的色彩，可根据结果对投影进行校正。对于3D显示投影，specbos也能使用。可见光光谱辐射计。内含易于使用的全套辐射计、质量控制应用的比色分析和取样选择的软件。

太阳光谱

太阳光谱太阳光谱是指太阳辐射经色散分光后按波长大小排列的图案。太阳光谱包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等几个波谱范围。 1 太阳光谱- 简介太阳光的极为宽阔的阳光连续谱以及数以万计的吸收线和发射线，是一个极为丰富的太阳信息宝藏。太阳光谱属于G2V 光谱型，有效温度为5770 K。太阳电磁辐射中99．9%的能量集中在红外区、可见光区和紫外区。太阳辐射主要集中在可见光部分（0.4～0.76μm），波长大于可见光的红外线（>0.76μm）和小于可见光的紫外线（<0.4μm）的部分少。在全部辐射能中，波长在0.15～4μm之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。在地面上观测的太阳辐射的波段范围大约为0．295～2．5μm。短于0．295 μm和大于2．5 μm波长的太阳辐射，因地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收，不能到达地面。

2 太阳光谱- 功率分布太阳是能量最强、天然稳定的自然在太阳光谱中远红外线辐射源，其中心温度为1.5*107K，压强约为1016Pa。内部发生由氢转换成氦的聚核反应。太阳聚核反应释放出巨大能量，其总辐射功率为3.8*1026W，其中被地球接收的部分约为1.7*1016W。太阳的辐射能量用太阳常数表示，太阳常数是在平均日地距离上、在地球大气层外测得的太阳辐射照度值。从1900年有测试数据以来，其测量值几乎一直为1350W/m2。对大气的吸收和散射进行修正后的地球表面值约为这个值的2/3。通常假定太阳的辐射温度为5900K，则其辐射温度随波长的增加而降低。根据黑体辐射理论，当物体温度升高时，发出的辐射能量增加，峰值波长向短波方向移动。太阳辐射的波长范围覆盖了从X射线到无线电波的整个电磁波普。在大气层外，太阳和5900K黑体的光谱分布曲线相近。受大气中各种气体成分吸收的影响，太阳光在穿过大气层到达地球表面时某些光谱区域的辐射能量受到较大的衰减而在光谱分布曲线上产生一些凹陷。 3 太阳光谱- 利用利用太阳光谱，可以探测太阳大气的化学成分、温度、压力、运动、结构模型以及形形色色活动现象的产生机制与演变规律，可以认证辐射谱线和确认各种元素的丰度。利用太阳光谱在磁场中的塞曼效应，可以研究太阳的磁场。太阳光谱的总体变化很小，但有的谱线具有较大的变化。在太阳发生爆发时，太阳极紫外和软X射线都会出现很大的变化。利用这些波段的光谱变化特征可以研究太阳的多种活动现象。因此，提高对太阳光谱的空间分辨率和拓展观测波段，可以大大增强对太阳和太阳活动的认识。现在已探测到了完整的，称之为第二太阳光谱的偏振辐射谱。利用第二太阳光谱，又可以进一步开展多项太阳物理研究，也可能成为探测太阳微弱磁场和湍流磁场的有效方法。

太阳辐射

太阳辐射一、太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射光谱太阳辐射中辐射能按波长的分布，称为太阳辐射光谱，见图2.4。从图中可看出，大气上界太阳光谱能量分布曲线，与用普朗克黑体辐射公式计算出的6000K的黑体光谱能量分布曲线非常相似。因此可以把太阳辐射看作黑体辐射。太阳是一个炽热的气体球，其表面温度约为6000K，内部温度更高。根据维恩位移定律可以计算出太阳辐射峰值的波长λmax为0.475μm，这个波长在可见光的青光部分。太阳辐射主要集中在可见光部分（0.4～0.76μm），波长大于可见光的红外线（＞0.76μm）和小于可见光的紫外线（＜0.4μm）的部分少。在全部辐射能中，波长在0.15～4μm之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。太阳常数太阳辐射通过星际空间到达地球表面。当日地距离为平均值，在被照亮的半个地球的大气上界，垂直于太阳光线，每秒每平方米的面积上，获得的太阳辐射能量称为太阳常数，用Rsc (Solar constant)

表示，单位为（W/m2）。太阳常数是一个非常重要的常数，一切有关研究太阳辐射的问题，都要以它为参数。关于太阳常数的研究已有很长历史了，早在20世纪初，人们就已经通过各种观测手段估计它的取值，认为大约应在1350～1400W/m2之间。太阳常数虽然经多年观测，由于观测设备、技术以及理论校正方法的不同，其数值常不一致。据研究，太阳常数的变化具有周期性，这可能与太阳黑子的活动周期有关。在太阳黑子最多的年份，紫外线部分某些波长的辐射强度可为太阳黑子最少年份的20倍。近年来，气候学家指出，只要地球的长期气候发生1%的变化，就会引起太阳常数的变化。目前已有许多无人或有人操作的空间实验对太阳辐射进行直接观测，并在宇宙空间实验站设计了名为“地球辐射平衡”的课题，其中一个重要项目就是对太阳辐射进行长期监视。这些观测数据将对进一步了解大气物理过程及全球气候变迁的原因有很大帮助。1981年世界气象组织推荐的太阳常数值Rsc=1367±7（W/m2），通常采用1367W/m2。二、太阳辐射在大气中的衰减太阳辐射通过大气层后到达地球表面。由于大气对太阳辐射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大气上界的辐射不能完全到达地表面。图2.4最下面的实曲线表示太阳辐射通过大气层被吸收、散射、反射后到达地表的太阳辐射光谱。

紫外辐照计的介绍

紫外辐照计的介绍紫外辐照计，顾名思义测量紫外线的仪器。由于紫外线用途不同，波长也就不同，所以不同的波长需要不同的探头接收器。紫外辐射的波长范围约10~400nm的光辐射，其中10~200nm的真空紫外波段被大气吸收，对人类没有影响。有影响的主要是200~400nm的紫外辐射。林上这款LS125紫外辐照计的主机，可支持7种紫外线测试探头，能智能判断出探头的型号。探头采用的是数字探头，不仅小还能实时监控数据变化。插拔式的设计（卡扣式）测量的数据在LCD 上“保持”，并可可保存9组测量数据。紫外辐照计提供了7种探头，不同探头应用领域不一样：（1）P254探头响应的光谱是：230nm-280nm;λp = 254nm 大功率杀菌灯强度检测，又称为短波灭菌紫外线。用于疾控中心，医院，食药局。（2）P254-WP防水探头响应的光谱是：230nm-280nm;λp = 254nm 防水深度1米，可用于污水处理杀菌灯强度检测。（3）P297探头响应的光谱是：280nm-320nm;适用于297nm,308nm,311nm等波长的UVB 光源强度检测。一般作为理疗灯应用在皮肤病治疗方面。（4）P365L探头响应的光谱是：260nm-400nm;λp =365nm 通用于UVA光源强度检测，小量程。适用于紫外老化实验箱检测等。（5）P420L探头响应的光谱是：340nm-420nm;λp= 395nm 通用UVA+UVV光源强度检测，小量程。用于LED功率检测。（6）E365探头响应的光谱是：320nm-400nm;λp =365nm 可测功率跟能量，大量程。如高压汞灯固化检测，光刻曝光等。

太阳能电池组件特性与辐照度、温度等关系

太阳能电池组件把接收的光能转换成电能，其输出电流一电压的特性如图1所示。这个特性也称为I-V曲线。在图中标注的各点在标准状态下具有以下含义。最大输出功率(Pm)：最大输出工作电压(Vpm)×最大输出工作电流(IPM); 开路电压(Voc)：正负极间为开路状态时的电压; 短路电流(1SC)：正负极间为短路状态时流过的电流; 最大输出工作电压(VPm)：输出功率最大时的工作电压; 最大输出工作电流(IPM)：输出最大功率时的工作电流。图中的最佳工作点是得到最大输出功率时的工作点，此时的最大输出功率Pm是IM和VM乘积。这些具体的数值从表2.3中作为太阳能电池组件特性值可以了解到。在实际的太阳能电池工作中，工作点与负载条件和辐射条件有关，所以工作点偏离最佳工作点。图1太阳能电池组件的电流一电压特性

作为太阳能电池组件的输出功率，与太阳光辐射照度、光源的种类及温度等各种自然条件有关。因此评价太阳能电池组件输出特性时，基于模拟太阳光辐射照度和光谱分布的太阳光模拟装置的室内测试作为标准测试方法。最近太阳能电池组件均用太阳光模拟装置测试，在如下所示的标准状态下进行试验，得出表图2所示的数据 (注：对于辐射照度，因平时用日照强度来表示，所以也有用“日照强度”替代辐射照度的场合)。标准状态：太阳能电池组件表面温度，25℃，光谱分布AMI.5，辐射照度1000W/m2。图2辐射照度依赖特性和辐射照度---最大输出功率特性这里AM是Air Mass(气团)的缩写。它表示太阳光线射入地面所通过的大气量，也是假设正上方(太阳光线垂直)的日照射为AM=1时，用其倍率表示的参数。如AM-1.5是光的通过距离为1.5倍，相当于太阳光线与地面夹角为42。。如果AM变大，像早晨和傍晚

脉冲光辐射源光谱辐射测量方法(标准状态：现行)

I C S17.180.20 K70 中华人民共和国国家标准 G B/T28208 2011 脉冲光辐射源光谱辐射测量方法 S p e c t r o r a d i o m e t r y o f p u l s e do p t i c a l r a d i a t i o n s o u r c e s (C I E105 1993,MO D) 2011-12-30发布2012-09-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

目次 …………………………………………………………………………………………………………前言Ⅲ…………………………………………………………………………………………………………引言Ⅳ1范围1………………………………………………………………………………………………………2规范性引用文件1…………………………………………………………………………………………3术语和定义1………………………………………………………………………………………………4测量方法2…………………………………………………………………………………………………5测量设备2…………………………………………………………………………………………………5.1阵列型光谱辐射计系统的基本要素2 ………………………………………………………………5.2光谱辐射计的其他性能要求5 ………………………………………………………………………6测量不确定度来源5………………………………………………………………………………………6.1杂散辐射5 ……………………………………………………………………………………………6.2波长定标5 ……………………………………………………………………………………………6.3偏振误差6 ……………………………………………………………………………………………6.4非线性6 ………………………………………………………………………………………………6.5暗电流6 ………………………………………………………………………………………………7测量结果的表述6………………………………………………………………………………………… ………………………………附录A(资料性附录)本标准与C I E105 1993的章节编号对照情况7附录B(资料性附录)本标准与C I E105 1993的技术性差异及其原因8 …………………………… ……………………………………………………附录C(资料性附录)脉冲光源对测量系统的要求9 ………………………………………………………………………附录D(资料性附录)阵列探测器10附录E(资料性附录)测量结果的图像表示12 …………………………………………………………… ……………………………………………………附录F(资料性附录)脉冲L E D光源的实测方法13

光谱辐射度计实验指导

光谱辐射度计实验辐射度学、光度学及色度学（以下简称“三度学”）是现代光电信息转换、传输、存储、显示、测量与计量技术的基础，正如“应用光学”和“波动光学”构成光学技术的基础那样，“三度学”已成为现代光学／光电信息工程的基础。光谱辐射度计则是“三度学”中常用的一种检测仪器。光谱辐射度计可以测定主动发光物体（光源）或被动发光物体（反射）的相对光谱能量分布（光的辐射强度与波长的关系曲线），以及“三度学”中的关有参数，如光谱辐射能量（或强度）、亮度、照度、色坐标、色温、主波长、色纯度、显色指数，……，等等。因而被广泛应用于物质的成分分析、材料的结构研究、光电检测、照明工程、建筑、纺织、印染、造纸、印刷、化工、家电、食品等行业（领域）。可以说，凡涉及到光与色的地方，都可能用到光谱辐射度计。一、实验目的（1）掌握光谱辐射度计测量光谱参数的原理；（2）了解PR-655型光谱辐射度计的原理与使用。二、实验原理 PR‐655光谱辐射度计通过物镜或者其他光学配件有效收集光学辐射信号（光信号）。光信号通过反射镜上的孔径光阑到达衍射光栅（参见图2）。光栅把光按波长展开，就像棱镜把白色的光转换成彩虹一样。一个宽带光，例如太阳光是由很多不同波长的光组成的。当衍射光栅暴露在这种类型的光下，它将从多角度反射光线产生一个分散的光谱就像一道彩虹。类似地，如果光栅接触了一种单一光源，比如一束激光，那么只有激光的特定波长的光会被反射。图1 PR‐655简化方框图

图2 PR‐655光谱辐射度计图3 PR‐655光谱测量范围 PR‐655测量波长范围是380 nm～780nm（即电磁波的可见光谱段）（参见图3）。衍射光谱到达CCD探测器。PR—655探测器是由128个单元组成，每个探测器单元均代表不同的颜色。测量时，辐射光通过自适应灵敏度算法在某个特定的时间内被取样测量。自动适配感应器自动地根据光信号的强弱确定合适曝光时间。光测量后，探测器用同样积分时间再次测量探测器的暗电流，然后从每个探测器单元的光测量结果中减去暗电流的光信号贡献值。仪器出厂时已通过相应的校准系数校准光谱数据。校正系数包括波长精确度修正、光谱分布修正和光度修正。波长校准采用的是具有特征光谱的氦灯光源。线光源提供了已知的光谱发射谱线通过光栅分光后投射到多探测器上再通过软件显示。用于波长校准的氦谱线包括388.6nm，447.1 nm，471.3 nm，587.6 nm，667.8 nm，706.5 nm 和728.13 nm，接下来，可用光谱校准系数校准这些数据。这些校准系数确保被测目标光谱能量分布（SPD）和由此计算出的数据（比如CIE 色度值）经过了正确的溯源。最后，校准系数（光度系数）确保光度测试结果的准确性，如亮度或照度。校正后的光谱数据用来计算光度和色度值包括亮度，CIE 1931 x,y 和1976 u’,v’的色坐标。相关色温和主波长。以下是一些基本的光度色度参数计算公式：

太阳辐射光谱.

太阳辐射光谱对植物生发育的影响一、太阳辐射光谱对植物生发育的影响太阳辐射光谱随波长的分布，它分为紫外线区、可见光区、红外线区。紫外线区的波长小于0．4微米，可见光区的波长介于0．4-0．76微米之间，红外线区的波长大于0．76微米。太阳辐射光谱对植物生长发育有很重要的影响。紫外线增多，形成植物的特殊形态，茎部矮小，叶面缩小，毛茸发达，积蓄物增多，叶绿素增加，茎叶有花青素存在，颜色特别艳丽。长紫外线对植物的生长有刺激作用，可以增加作物产量，促进蛋白质、糖、酸类的合成。用长紫外线照射种子，可以提高种子的发芽。短紫外线对植物的生长有抑制作用，可以防止植物徒长，有消毒杀菌作用，可以减少植物病害。可见光是绿色植物进行光合作用制造有机物质的原料，绿色植物叶绿素吸收最多的是红橙光，其次是蓝紫光，而对黄绿光吸收的最少。远红外线产生热效应，供给作物生长发育的热量，在红外线的照射下，可使果实的成熟趋于一致，近红外线对作物无用途。所以在我们的快繁，水培过程中的补光就采用红光进行补光，以达到最大的利用率。二、光照强度对植物生长发育的影响光照强度是阳光在物体表面的强度，正常人的视力对可见光的平均感觉。光照强度的大小，决定于可见光的强弱。在自然条件下，由于天气状况，季节变化和植株度的不同，光照强度有很大的变化。阴天光照强度小，晴天则大。一天中，早晚的光照强度小，中午则大。一年中，冬季的光照强度小，夏季则大。植株密度大时光照强度小，植株密度小时光照强度大。光照强度对植物的生长发育影响很大，它直接影响植物光合作用的强弱。在一定光照强度范围内，在其它条件满足的情况下，随着光照强度的增加，光合作用的强度也相应的增加。但光照强度超过光的饱和点时，光照强度再增加，光合作用强度不增加。光照强度过强时，会破坏原生质，引起叶绿素分解，或者使细胞失水过多而使气孔关闭，造成光合作用减弱，甚至停止。光照强度弱时，植物光合作用制造有机物质比呼吸作用消耗的还少，植物就会停止生长。只有当光照强度能够满足光合作用的要求时，植物才能正常生长发育。 1．光照强度影响植物的外形。生长在空旷地的植物，光照强度强，茎秆粗矮，生长在光照强度较弱条件下的植物，则茎秆细长，节少挺直，生长均匀。 2．光照强度影响植物的发育速度。

光谱仪,光谱响应,辐射量,辐照度,辐射亮度,辐射率,光栅,辐射计

光谱仪简介光谱仪( Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线，。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光)，但若通过光谱仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。将复色光分离成光谱的光学仪器。光谱仪有多种类型，除在可见光波段使用的光谱仪外，还有红外光谱仪和紫外光谱仪。按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等。按探测方法分，有直接用眼观察的分光镜，用感光片记录的摄谱仪，以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等。单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器，常与其他分析仪器配合使用。图片图中所示是三棱镜摄谱仪的基本结构。狭缝S与棱镜的主截面垂直，放置在透镜L的物方焦面内，感光片放置在透镜L的像方焦面内。用光源照明狭缝S，S的像成在感光片上成为光谱线，由于棱镜的色散作用，不同波长的谱线彼此分开，就得入射光的光谱。棱镜摄谱仪能观察的光谱范围决定于棱镜等光学元件对光谱的吸收。普通光学玻璃只适用于可见光波段，用石英可扩展到紫外区，在红外区一般使用氯化钠、溴化钾和氟化钙等晶体。目前普遍使用的反射式光栅光谱仪的光谱范围取决于光栅条纹的设计，可以具有较宽的光谱范围。表征光谱仪基本特性的参量有光谱范围、色散率、带宽和分辨本领等。基于干涉原理设计的光谱仪（如法布里-珀罗干涉仪、傅立叶变换光谱仪）具有很高的色散率和分辨本领，常用于光谱精细结构的分析。单色仪科技名词定义中文名称：单色仪英文名称： monochromator

太阳辐射波长

太阳辐射波长 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

太阳辐射一、太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射光谱太阳辐射中辐射能按波长的分布，称为太阳辐射光谱，见图。从图中可看出，大气上界太阳光谱能量分布曲线，与用普朗克黑体辐射公式计算出的6000K的黑体光谱能量分布曲线非常相似。因此可以把太阳辐射看作黑体辐射。太阳是一个炽热的气体球，其表面温度约为6000K，内部温度更高。根据维恩位移定律可以计算出太阳辐射峰值的波长λmax为μm，这个波长在可见光的青光部分。太阳辐射主要集中在可见光部分（～μm），波长大于可见光的红外线（＞μm）和小于可见光的紫外线（＜μm）的部分少。在全部辐射能中，波长在～4μm之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。太阳常数太阳辐射通过星际空间到达地球表面。当日地距离为平均值，在被照亮的半个地球的大气上界，垂直于太阳光线，每秒每平方米的面积上，获得的太阳辐射能量称为太阳常数，用Rsc(Solar constant)表示，单位为（W/m2）。太阳常数是一个非常重要的常数，一切有关研究太阳辐射的问题，都要以它为参数。关于太阳常数的研究已有很长历史了，早在20世纪初，人们就已经通过各种观测手段估计它的取值，认为大约应在1350～1400W/m2之间。太阳常数虽然经多年观测，由于观测设备、技术以及理论校正方法的不同，其数值常不一致。据研究，太阳常数的变化具有周期性，这可能与太阳黑子的活动周期有关。在太阳黑子最多的年份，紫外线部分某些波长的辐射强度可为太阳黑子最少年份的20倍。近年来，气候学家指出，只要地球的长期气候发生1%的变化，就会引起太阳常数的变化。目前已有许多无人或有人操作的空间实验对太阳辐射进行直接观测，并在宇宙空间实验站设计了名为“地球辐射平衡”的课题，其中一个重要项目就是对太阳辐射进行长期监视。这些观测数据将对进一步了解大气物理过程及全球气候变迁的原因有很大帮助。1981年世界气象组织推荐的太阳常数值Rsc=1367±7（W/m2），通常采用1367W/m2。二、太阳辐射在大气中的衰减太阳辐射通过大气层后到达地球表面。由于大气对太阳辐射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大气上界的辐射不能完全到达地表面。图最下面的实曲线表示太阳辐射通过大气层被吸收、散射、反射后到达地表的太阳辐射光谱。图大气上界和地面的太阳辐射光谱与大气上界的太阳辐射光谱相比较，可以看出：通过大气层后，太阳总辐射能有明显地减弱；波长短的辐射能减弱得最为显着；辐射能随波长的分布变得极不规则。产生这些变化有以下几方面原因：1大气对太阳辐射的吸收太阳辐射穿过大气层到达地面时，要受到一定程度的减弱，这是因为大气中某些成分具有选择吸收一定波长辐射能的特性。大气中吸收太阳辐射的成分主要有水汽、液态水、二氧化碳、氧、臭氧及尘埃等固体杂质等。太阳辐射被吸收后变成了热能，因而使太阳辐射减弱。水汽吸收最强的波段是位于红外区的～μm,据估计，太阳辐射因水汽的吸收可减弱约4%～15%。氧只对波长小于02μm的紫外线吸收很强，在可见光区虽然也有吸收，但较弱。臭氧在大气中的含量很少，但在紫外区和可见光区都有吸收带，在～μm波段的吸收带很强，由于臭氧的吸收，使小于μm波段的太阳辐射不能到达地面，因而保护

太阳辐射.

太阳常数太阳辐射通过星际空间到达地球表面。当日地距离为平均值，在被照亮的半个地球的大气上界，垂直于太阳光线，每秒每平方米的面积上，获得的太阳辐射能量称为太阳常数，用Rsc (Solar constant)表示，单位为（W/m2）。太阳常数是一个非常重要的常数，一切有关研究太阳辐射的问题，都要以它为参数。关于太阳常数的研究已有很长历史了，早在20世纪初，人们就已经通过各种观测手段估计它的取值，认为大约应在1350～1400W/m2之间。太阳常数虽然经多年观测，由于观测设备、技术以及理论校正方法的不同，其数值常不一致。据研究，太阳常数的变化具有周期性，这可能与太阳黑子的活动周期有关。在太阳黑子最多的年份，紫外线部分某些波长的辐射强度可为太阳黑子最少年份的20倍。近年来，气候学家指出，只要地球的长期气候发生1%的变化，就会引起太阳常数的变化。目前已有许多无人或有人操作的空间实验对太阳辐射进行直接观测，并在宇宙空间实验站设计

光谱测量

图1原子自发辐射发射光子光谱仪和光谱的观察光谱是光源所发射的辐射强度随波长（频率）的分布，它反映了光源的构成物质和其它的一些特性。我们今天所掌握的有关原子和分子结构方面的知识绝大部分都来自光谱的研究。在电磁辐射和物质相互作用时能观察到吸收或发射光谱，它们从多方面提供了原子和分子结构和它们与周围环境相互作用的信息。因此，光谱的观察在科学研究和生产生活中有着十分重要的意义。【实验目的】 1．掌握光栅光谱仪的工作原理和使用方法，学习识谱和谱线测量等基本技术。 2．通过光谱测量了解一些常用光源的光谱特性。 3．通过所测得的氢（氘）原子光谱在可见和近紫外区的波长验证巴尔莫公式并准确测出氢（氘）的里德堡常数。 4．*测出氢、氘同位素位移，求出质子与电子的质量比。【原理】 1．典型光源光谱发光原理（1）热辐射光源(白炽灯) 这一类光源特点是物体在发射辐射过程中不改变内能，只要通过加热来维持它的温度，辐射就可继续不断地进行下去．这类光源包括我们常用的白炽灯、卤素灯、钨带灯和直流碳弧灯等一些常用光源。它们光谱是覆盖了很大波长范围连续光谱，谱线的中心频率和形状与物体温度有关，而与物质特性无关，温度越高，辐射的频率也越高。（2）发光二极管通过n 型半导体的电子和p 型半导体在结间的偶合发出光子，发光频率与电子跃迁能级有关。如果，跃迁的上能级为E 2、下能级为E 1，则发出光子的频率v 满足其中h =6.626?10-34Js 为普朗克常数，发光二极管跃迁的上下能级都是范围较宽的能带结构，因此，其谱线宽度一般也较宽。分子和晶体也有这种带状的能级结构，谱线也有一定的宽度。（3）光谱灯光谱灯工作物质一般为气体或金属蒸汽，通过 1 2E E hv -=

GO-SPEX500空间光谱辐射计快速操作指南S1

GO-SPEX500空间光谱辐射计快速操作指南 1 准备工作 1.1为保证测试精度，环境温度推荐控制在25±1℃。 1.2光源在测试前要进行老炼，若已经经过老炼无需此进行步骤。 1.3测试前要准备必要的夹具。 1.4准备内六角扳手、螺丝刀、万用表等常用工具以及导线若干。 2 灯具配光测试主要测试灯具的电参数、配光和灯具效率等参数。 2.1 装夹灯具在装夹时要注意灯具的中心与转台的转动中心要重合，可以利用十字激光对准器进行对准。安装时建议对于C0平面位置要用记号笔作标志。 2.2 灯具照片灯具夹装在分布光度计上后，可再拍几张照片。这些照片的某一张可以用于测试报告中以增强报告的可读性，同时也便于出现问题后分析问题。 2.3 测试正确接线。点亮灯具。用功率计记录灯具的电参数。根据灯具发光口面的大小，调整可移动光阑片开孔的大小，保证探测器能“看到”整个灯具发光面，调整完毕后可关闭暗箱门。监视并等待灯具发光稳定，一般都要30分钟以上或更长。软件操作：点击“操作”菜单下的“配光测试”进入测试，在测试信息对话框中输入相关的信息，确认输入正确的测试距离（仅在第一次使用软件时需要输入）。在测试光源处选择“室内灯具”或“道路灯具”等，在光源数据处输入光源额定光通量和实测光通量。若是LED灯具，可选择“为整体式灯具类型”选项。输入完后，按确定进入测试界面进行测试。测试界面如图1所示。测试角度一般按用户手册5.3节设置。

. 图1 配光测试界面 2.4 注意事项 ◆电参数请务必记录。 ◆测试距离务必设置正确。 3 文件保存 3.1 测试完成后，软件会自动提示用户保存文件，用户设置好保存路径和文件名即可。文件保存格式为*.GOS，此格式只能用远方GOSoft软件打开。 3.2 规范测试信息在GOSoft软件中要输入厂商、灯具名称、型号等信息，这些信息可以在测试完成后再在软件中修改。但存档之前建议把这些信息输入齐全，以便于以后查看报告。 3.3 打印报告参照GO-SPEX500用户手册5.3节。 4 空间颜色分布测试 4.1 光谱辐射计定标 4.1.1 在转台上正确安装标准灯，再按标定电流值点亮标准灯。 4.1.2 利用激光对准器调整标准灯位置，使标准灯出光方向对准光谱测试单元。

太阳能辐射强度与照度

，它描述太阳光入射于地表之平均照度，其太阳总辐照度为100mW·cm-2；太阳电池的标定温度为25±1℃。为了计算方便，所用的红外光谱借用了容易查到的太阳光光谱中的红外光谱部分，即AM1．5大气下太阳光谱(Global spectrum，又称AM1．5G)，该光谱数据取自国标GB／T0．6—1996c 。... ... 可见，AM1．5等同于AM1．5G，也就是说没有区别 2.单晶硅太阳能电池在太阳辐射量为多少时不发电？悬赏分：5 - 解决时间：2007-12-10 18:02 太阳辐射量（千焦每平方米）为多少时，太阳能电池组件就不再有电流输出？问题补充：太阳能电池组件发的电通过蓄电池把电能储存起来，在早上太阳还未升起，电池组件只有电压，但是没有充电电流，早上7点50左右，冲电电流达到0.2A ,下午4点半以后电流为零。我就是想知道，辐射量达到多少时，太阳能电池组件才可能有电流产生，给蓄电池充电。标准测试条件下，组件输出额定电流时太阳辐射量为1000W/每平米。我关心的是太阳能电池组件在日常中太阳辐射量达到多少时，组件才会有电流输出，输出与不输出中间肯定应该有个临界值提问者：weilx97 - 一级最佳答案这个我们实验过，根据一天太阳光总辐射量，每平方米辐射量和一天内从有充电电流起到没有电流时电压提高了多少理论上计算得出16.6W左右/平方米时电流不输出。 3.1m2的单晶硅太阳能电池大约要多少钱? 悬赏分：0 - 解决时间：2007-1-7 15:08 提问者：巫春东- 二级最佳答案单晶硅一般1W是35元，一平米一般是100W左右，所以大概是3500元 4.太阳能电池多少元/瓦，多晶硅，单晶硅的生产厂家及地址联系方式。悬赏分：50 - 解决时间：2008-10-7 17:15 顺便能介绍一下关于太阳能方面的知识最好了。提问者：byg630 - 二级最佳答案 RMB 30多一瓦美金3.多左右当然具体要看这块板的功率是多少越高则越贵越低则越便宜当然这只是从厂家直接买零售商那里就不是这个价格了厂家的联系方式推荐你一个网站你可以去看看了解了解.cn/ch/海内外比较正规的厂家上面基本都有在地球上，每平方/每秒能接收到太阳光辐射能量是多少度？悬赏分：5 - 解决时间：2010-1-3 19:45 在地球上，每平方/每秒能接收到太阳光辐射能量是多少度？现在的太阳板最多能利用多少？成本是多少？提问者：神魔之王2 - 二级最佳答案

太阳辐射测量的回顾与展望

太阳辐射测量的回顾与展望王炳忠 (中国气象科学研究院,北京100081) 1、太阳辐射标准太阳辐射测量技术发展的历史告诉人们，为了在世界范围内获取整齐一致的数据有多么困难。国家计量部门建立的辐射标准，仅限于低辐照水准，无法作为太阳辐射测量的依据。这就是气象学界借助直接日射表（Pyrheliometer）独立开发太阳辐射标准的理由。第一台测量太阳辐射的仪器是1837年由法国人Pouillet设计制造的，它的工作原理以水的卡计为基础。由于其设计简单，只能进行一些粗略的测量。随后出现的一些仪器，大多是对Pouillet仪器的改进，其中较有名的如Violle、Crova等人。1884年Frolich首先采用热电堆做探测器，这种方法虽然简便，却需要另一台绝对仪器来校准。另外，为了使测量进一步精确，Michelson以Bunsen冰卡计为基础设计了一台直接日射表，但不实用。?ngstr?m 是使用双探测器制作直接日射表的第一人，测量时两个探测器交替地遮荫和曝光。后来他进一步发展这一想法:用电校准探测器代替卡计，这就是著名?ngstr?m补偿式直接日射表。在上一世纪内，虽然在历次国际气象局长会议上多次议论过太阳辐射测量事项，但均因限于当时科学技术水平而未获解决。在1896年的会议上还建立了专门的太阳辐射委员会（CSR），其任务就是要为测量太阳辐射标准仪器提出建议。直至1905年在Inrisbruck的会议上，才决定以?ngstr?m补偿式直接日射表做为测量仪器，并以其原型A70做为标准I（保存在瑞典Uppsala大学物理研究所）。这就是?ngstr?m标尺（AS-1905）的由来。AS-1905在欧洲被广泛采用。美国Smithson研究所使用的银盘直接日射表（Silverdisk，简称SD）是Pouillet和Violle 直接日射表的混合型。使用中的该类辐射表大多数都是由Smithson研究所制造的。上世纪末，它们由Abbot所研制的水流式直接日射表校准。后来，Abbot又研制出搅水式直接日射表，并以此校准水流式仪器。这一系列校准和研制标准仪器工作导致了1913年Smithson标尺的建立（SS-1913），它主要在美洲等地使用。自出现两个并列日射标尺之日起，其间存在的差异问题，倍受有关学者的关注。1912年在Rapperswill召开的CSR会议上，Kimball首次报告了他所作的比对结果:二标尺间相差5％，SS高于AS。当时，这一结果被认定为处于测量不确定度的范围内，除了继续进行类似的比对外，未做出其他结论。

基于光谱辐射计的光源光通量的高精度快速测量方法

1．概述光源光通量是光源最重要的参数之一，精确测量光通量是光源测量的基础，对于光源的光效测量和节能效果的评价十分重要。积分球是光源光通量测量中经常采用的仪器，它是利用光在积分球内的均匀漫反射涂层多次反射，达到空间积分的作用而进行测量的，具有测量速度快的优势。被测光源的光通量结果是通过与标准灯结果比较得出的，由于标准灯种类的限制，标准灯和被测光源的光谱功率分布往往存在着较大的差异，这给精确测量被测光源的光通量带来了一定的难度，尤其是LED那样的准单色光源。图1所示为标准A光源和准单色LED的相对光谱功率分布曲线，二者存在很大差异，若用光度探头测量光源光通量，二者在不同的光谱区域使探测器产生响应，对光度探头的光谱灵敏度曲线S(l)rel的V(l)匹配要求非常高。考虑到光度探头一般在红光和蓝光区域的V(l)匹配不够理想，这更这类LED光源的精确测量更加带来了挑战。图1：准单色LED和被测光源的相对光谱功率分布曲线 2.基于光谱辐射计测量光源光通量积分球的探测窗口连接光谱辐射计测量光源的光谱功率分布，并计算光源的光度值：其中，为光谱辐射功率，V(l)为标准光谱光效函数，为最大光效率时的转换系数，即683lm/W。这种方法也被称为分光法，它可以有效解决由光度探头的V(l)失匹配带来的误差，并且除了光通量外，还可以根据测得的光谱辐射功率计算出光源的色品坐标、色温、显色指数、色容差等对于光源的评价和利用十分重要的色度参数。

3.光谱辐射计的性能要求用分光法测量光源的光通量以及色度的精度主要取决于所采用的光谱辐射计。光谱辐射计可以分为两大类型：机械扫描单色仪光谱辐射计和快速多通道光谱辐射计。前者使用单通量探测器，测量速度慢，但精度（波长准确度、光谱分辨率等）高；后者测量速度快（毫秒级测量速度），但各仪器之间性能差别很大。建议使用与单色仪光谱仪精度（波长准确度、光谱分辨率等）相当的高精度快速光谱辐射计测量光源尤其是窄带光源的光通量，以得到良好的结果。在测量光源光通量时，以下几个参数是尤其值得重视的： (1)测量速度用单色仪光谱辐射计一次测量可能要花费1到2分钟，效率不高限制了它在质检和生产线上的应用；更重要的是，很多光源存在发光不稳定的现象，如LED光源的光通量会随着时间的增大而衰减，在较长的测量时间中，光源的发光本身会发生变化给光谱辐射功率测量的带来误差。 (2)线性动态范围用光谱辐射计测量被测光源在某一波长上的辐射强度为其中，P s(λ)和i s(λ)分别为标准灯在该波长上的辐射强度和光谱辐射计的响应光电流，i t(λ)为光谱辐射计测得的被测光源在该波长上的光电流。图2：光谱辐射计的线性与测量精度关系示意图由于被测光源往往在绝对光谱功率和相对光谱功率分布上都存在很大差异，如图1中的准单色LED光源和标准A光源，若光谱辐射计的光敏器件的线性不好会带来很大的测量误差。如图2，光敏器件呈现明显的非线性现象，光电流为i t(λ)时，被测光源的辐射强度示值P t(λ)显然与实际的辐射强度P t(λ)rel存在较大偏差。在单色仪光谱辐射计中经常使用光电倍增管(PMT)作为感光器件，而PMT一般是在

地面测量辐照度的介绍

第13章辐射 13.1概述 13.1.1太阳与地球辐射气象站的辐射测量，包括太阳辐射与地球辐射两部分。地球上的辐射能来源于太阳，太阳辐射能量的99.9%集中在0.2～10微米（μm）的波段，其中的波长短于0.4μm的称为紫外辐射，0.4～0.73μm的称为可见光辐射，而长于0.73μm的称为红外辐射。此外，太阳光谱在0.29～3.0μm范围，称为短波辐射，目前气象站主要观测这部分太阳辐射。地球辐射是地球表面、大气、气溶胶和云层所发射的长波辐射，波长范围为3～100μm。地球平均温度约为300K。地球辐射能量的99%波长大于5μm。 13.1.2辐射测量单位 ⑴ 辐照度E：在单位时间内，投射到单位面积上的辐射能，即观测到的瞬时值。单位为瓦·米-2（W·m-2），取整数。 ⑵ 曝辐量H：指一段时间（如一天）辐照度的总量或称累计量。单位为兆焦耳·米-2（MJ·m-2），取两位小数，1MJ=106J=106W·s。 13.1.3气象辐射量 ⑴ 太阳短波辐射 ① 垂直于太阳入射光的直射辐射S：包括来自太阳面的直接辐射和太阳周围一个非常狭窄的环形天空辐射(环日辐射)，可用直接辐射表测量。 ② 水平面太阳直接辐射S L：S L与S的关系为 S L=S·sinH A=S·cosZ (13.1) 式中，H A为太阳高度角，Z为天顶距(Z=90-H A)。 ③ 散射辐射E d↓：散射辐射是指太阳辐射经过大气散射或云的反射，从天空2π立体角以短波形式向下，到达地面的那部分辐射。可用总辐射表，遮住太阳直接辐射的方法测量。 ④ 总辐射E g↓：总辐射是指水平面上,天空2π立体角内所接收到的太阳直接辐射和散射辐射之和。可用总辐射表测量 E g↓=S L+E d↓ (13.2) 白天太阳被云遮蔽时，E g↓=E d↓，夜间E g↓=0。 ⑤ 短波反射辐射Er↑：总辐射到达地面后被下垫面(作用层)向上反射的那部分短波辐射。可用总辐射表感应面朝下测量。下垫面的反射本领以它的反射比E k表示（13.3） ⑵ 太阳常数S O 在日地平均距离处，地球大气外界垂直于太阳光束方向上接收到的太阳辐照度，称为太阳常数，用S 表示。1981年世界气象组织（WMO）推荐了太阳常数的 O =1367±7W·m-2。最佳值是S o ⑶ 地球长波辐射 ↓：大气以长波形式向下发射的那部分辐射或称大气逆 ① 大气长波辐射E L 辐射。